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关键词： 暗共振   自旋压缩   缀饰态   Λ型三能级原子  

摘要： 近些年来,有关自旋压缩的研究引起了理论和实验物理学家的广泛关注。自旋压缩对于原子钟、引力波干涉仪等量子测量器件有重要意义,可以有效抑制量子噪声使其突破标准量子极限,提高测量精度。自旋压缩与量子纠缠密切相关,能够产生量子计算机所需的多体纠缠态,自旋压缩的有关研究对于量子信息有着重要的研究价值。因此自旋压缩已经成为量子计量和量子信息等领域的研究热点。人们经常通过原子与场相互作用来获得压缩态。通常情况下,当系统接近共振或完全共振时,由于自发辐射的影响使得可能产生的原子自旋压缩被破坏。人们发现当系统接近暗共振时,原子布居几乎都捕获在暗态,基本没有自发辐射出现。在这种情况下,色散与吸收的比值远远比大失谐相互作用情形更大,此时系统具有非常强的非线性。暗共振系统的这两个优点可能是产生压缩的最佳条件。本文的工作就是基于暗共振系统获得自旋压缩效应。我们考虑的是一个Λ型三能级原子系综,该原子系综由N个独立的原子组成。在这个系统中,两个经典场分别与Λ型三能级原子的两个偶极跃迁相耦合发生近共振相互作用,此时原子主要处在两个基态的叠加态,对经典场和其他场将会产生非常强的非线性。与此同时,两个腔场则与Λ型原子的同一个偶极允许的跃迁相耦合,且两个腔与原子之间远离共振,取反对称失谐。根据缀饰态方法以及选择合适的旋转框架后,我们能够从光场的自由度中分离出双模自旋压缩算符,这意味着近共振系统是可以用来制备双模压缩态的。最后我们还给出了理想条件下的稳态双模自旋压缩接近50%。由于原子被捕获在基态的叠加态而很少被激发,所以我们基于近共振条件下的方案免于自发辐射。

关键词： 大学生   体育教学   足球运动   传接球技术   表象训练  

摘要： 表象训练已在训练、比赛、康复等领域被证实有积极作用，但针对不同运动项目如何制定表象训练方案尚缺乏深入研究，尤其在足球传接球教学中更是如此。　　基于此，本研究通过随机抽样方法选取郑州大学60名公体班男生为实验对象，分成实验组和对照组，每组各30人。实验组进行表象训练结合技术训练，对照组进行常规技术训练。经过12周24课时的教学实验，把从固定位置的传接球技术测试、传接球决策能力测试和实战比赛中的传接球成功率作为测试内容。通过组间、组内对比，分析表象训练+技术训练与常规技术训练方法间教学效果的差异。为防止样本容量少造成研究误差影响实验结果，同时运用心理效果量检验实验自变量对因变量的影响。再对实验组两阶段的足球传接球成绩和被试表象特征进行皮尔逊相关性分析，探究足球传接球技术的形成与何种表象特征具备何种联系。具体结论如下:　　(1)6周12课时的表象训练+技术训练方法较常规技术训练在地滚球传接、后场传接球成功率和脚下球传接成功率上可以取得更好的提升效果，但随着教学周期的延长，提升效果会有所下降。　　(2)12周24课时的表象训练+技术训练较常规技术训练在高远球的传接球、传接球决策、前场传接球成功率和空当处传接成功率上可以取得较好的提升效果。　　(3)表象训练+技术训练在教学实验中可以有效提升被试的运动表象能力;常规技术训练短期内对被试的运动表象能力有提升，但随着训练周期的加长，无法稳定提升被试运动表象能力，个别表象特征水平甚至会出现下降。　　(4)CS表象有助于提高地滚球传接能力;CS和MG-A表象有助于提高高远球的传接能力;MG-A、MG-M和CS表象有助于提高足球的传接球决策能力;MG-M和CG表象有助于提高足球实战中的传接球能力。　　由此可见，表象训练可以有效提高足球传接球的教学和训练效果，有利于学生更好地掌握足球传接球技术动作。

关键词： 自旋波波导   磁振子学   自旋波逻辑器件   自旋轨道转矩  

摘要： 随着现代信息技术的不断进步,基于半导体的器件与数字逻辑电路已经逼近其量子极限,进一步缩小器件尺寸会带来量子效应的影响,从而严重地恶化器件与电路的性能。因此亟需全新的方案来满足现代信息系统的需求,利用自旋波作为信息载体的信息处理方案已被列为是其中最有潜力的候选者。自旋波逻辑器件主要是基于自旋波的干涉效应来工作的,因此对自旋波进行相位调控成为了自旋波逻辑器件设计的主要方向。目前大部门自旋波器件都是基于DE(Damon–Eshbach)模式自旋波设计,这是得益于DE模式自旋波具有更高应用频段与更好的表面限制性。然而,DE模式自旋波的激发通常需要沿波导宽度方向的外磁场。外磁场的存在会大大降低自旋表面波的调制效率。因此,如何高效激发DE模式自旋波以及对自旋波进行准确且稳定的相位调控成为了本文的研究重点。本文的研究内容主要包括:针对目前大多数自旋波移相器会导致自旋波幅值降低及其移相效率较低等问题,基于偶极相互作用的自旋波移相器能够间接调制自旋波的传播特性,从而在自旋波损耗较低的前提下高效地完成移相功能。针对外场的存在会大幅度降低自旋表面波调制效率的问题,特定结构的波纹波导中形貌诱导各向异性能充当外磁场的作用,并能有效激发自旋表面波,通过实验与仿真,探寻了波纹波导的结构参数对波纹波导各向异性大小及自旋波传播特性的影响。经过深入的研究,获得的结果与结论如下。1.本文所提出的自旋波移相器是基于磁性材料间的偶极相互作用的原理来设计的,其相移量与磁性材料的磁性参数及结构参数有关。通过研究发现,当钴(Co)长度为970nm,材料间距为110nm,激励频率为4.60GHz的DE模式自旋波可以实现π相移。通过调节Co与钇铁石榴石(YIG)的磁矩的相对方向,可以实现相移量从0～π的调制。2.基于相移量与磁性材料参数的关系,提出了利用SOT效应实现相移量可调的自旋波移相器,在此基础上,提出了一种自旋波异或逻辑门的设计方案。研究表明:该自旋波异或逻辑门可在4.40～4.60 GHz宽频带范围内实现逻辑功能。3.在自旋波波导中采用波纹结构来诱导各向异性,详细探寻了波纹波导的结构参数对波纹波导各向异性大小的影响,研究表明:这种各向异性的大小与波纹波导的波长、幅值呈现正相关,与薄膜的厚度呈现负相关的关系。综上所述,本论文中针对自旋波逻辑门发展的两大关键问题,研究了波纹波导的形貌对其各向异性和自旋波传播特性的影响,并提出了一种新型宽带自旋波异或逻辑门的设计。这些研究不仅为自旋波逻辑门的设计提供了新的思路,同时也促进了今后自旋波器件的发展。

关键词： 微磁模拟仿真   自旋逻辑器件   磁隧道结   自旋转移力矩   自旋轨道力矩  

摘要： 当前,传统互补金属氧化物半导体的尺寸缩减速度受限于逻辑器件的能耗、制备工艺以及原子尺度的物理极限等问题已经远远追赶不上当前的集成度发展速度。相较于传统的半导体器件,基于电子自旋的逻辑器件不论是在读写速度、读写功耗、稳定性还是非易失性等方面上都具有更大的应用前景。磁隧道结(Magnetic Tunnel Junction,MTJ)作为自旋逻辑器件的核心单位,通过注入电流产生的自旋转移力矩(Spin Transfer Torque,STT)或自旋轨道力矩(Spin Orbit Torque,SOT)使自由层磁化方向翻转是主要手段。但由于单一利用STT或SOT都有各自的不足,因此本论文通过同时施加两种不同方向的电流,同时诱导产生STT与SOT来实现MTJ磁化翻转。基于此,本文利用三个MTJ组成一个“一”字型的自旋逻辑单元,该单元中三个MTJ共用一个自由层和底部重金属层,并分别将底部重金属层和两侧MTJ作为三个输入端,中间MTJ作为输出端。基于STT/SOT协同作用的自旋逻辑单元可以实现“与”逻辑和“或”逻辑,“非”逻辑则通过反铁磁层内的面内电流诱导钉扎层磁化翻转实现,且利用设计的特定级联方式可实现如“异或”、“同或”以及全加器等更多复杂逻辑。此外,本文通过微磁模拟仿真,模拟了不同脉冲宽度和电流密度下自由层磁化状态的变化,通过对不同条件下逻辑电路的性能进行评估,找到了最优输入条件,在该输入条件下,自旋逻辑单元不仅可以在无磁场下具有良好的逻辑功能性,功耗也达到了最低值。

关键词： Ising模型   Mixed-order Ising模型   量子关联   多体非定域性   张量网络算法  

摘要： 量子自旋体系中的量子关联是量子信息和凝聚态物理领域中的研究热点之一。纠缠熵等关联信息量可捕捉系统中量子关联程度的剧变,因此这类量常被用来刻画量子相变。然而对于多体量子系统来说,除关联程度的强弱变化外,关联结构亦可有丰富的变化。多体非定域性是一种表征关联结构的量子关联物理量,它让我们对量子系统的关联方式产生非常直观的认识。因此研究量子自旋体系中的多体非定域性,将从一个新颖的、有趣的视角加深我们对低维量子自旋体系中的量子相变与临界现象的理解。本文采用精确对角化方法和基于张量网络算法系统的研究了一维Ising模型和存在纵向磁场的一维横场Ising(Mixed-order Ising)模型中的多体非定域性,本文主要工作及结论如下:(1)首先,本文研究了有限尺寸和无限尺寸的一维Ising模型中多体非定域性行为。对于有限尺寸链,采用了精确对角化方法计算了小系统在基态下的多体非定域性,即基态多体非定域性。结果表明基态多体非定域性的对数与粒子数N呈线性关系。同时,本文还利用精确对角化方法和热张量网络算法分别探究了N≤14以及N>14在有限温度下的多体非定域性行为,即热态多体非定域性。结果表明热态多体非定域性在相变点附近出现峰值,因此有限温度下的多体非定域性可用来表征量子相变。结果还表明热态多体非定域性的对数与粒子数N满足线性关系。对于无限尺寸链,本文还借助无限链热张量网络算法研究了其热态多体非定域性行为。结果表明无限尺寸链表现出与有限尺寸链相似的行为,即热态多体非定域性与磁场的关系曲线出现峰值,然而其热态多体非定域性的峰值位置相比有限尺寸链向磁场较大位置移动,且其峰值低于有限尺寸链。无限尺寸链的热态多体非定域性的对数与局部链长n同样满足线性关系。(2)其次,本文研究了一维有限尺寸的Mixed-order Ising模型在基态和有限温度下的多体非定域性行为。在基态下,利用精确对角化方法和ALPS分别研究了N≤14以及N>14的基态多体非定域性行为,ALPS可以克服精确对角化算法只能求解小系统的局限性。结果表明基态多体非定域性能够找到相变的足迹。当纵向磁场和最近邻相互作用一定时,基态多体非定域性的对数值随粒子数呈线性增长的。对于有限温度,热态多体非定域性表现出与基态不同的行为,本文对这一差异给出了一般性解释。同样,结果表明有限温度下的多体非定域性的对数与粒子数N满足线性关系。

关键词： 非线性薛定谔系统   无界域   变分方法   解的存在性和多重性  

摘要： 非线性椭圆相关问题因其在光学等物理领域的广泛应用而备受关注.近些年,非线性薛定谔系统吸引大批学者研究,该系统相关结果对物理领域产生了重要影响.用于研究此类系统的临界点理论和变分方法也为物理领域的研究奠定了基础.本文主要研究无界域上薛定谔方程解的存在性和多重性问题.利用变分方法和临界点理论,结合对称临界原理在方程定义域不同情况下的相关结果,证明一类无界域上薛定谔方程解的存在性和多重性.

关键词： Schr(?)dinger方程   松弛Runge-Kutta方法   标量辅助变量   质量守恒   能量守恒  

摘要： 薛定谔方程是量子力学的一个基本方程,通常难以求得解析解,因此发展高效的数值方法求解方程得到高精度的数值解是研究的热点.由于薛定谔方程具有非线性、高震荡、守恒性等特点,给高精度的数值模拟带来了困难和挑战.设计能够保持薛定谔方程守恒特性的高效算法是一个具有挑战性的研究课题.在本文中,我们提出,分析和数值验证了非线性薛定谔方程、薛定谔-泊松方程以及受磁场约束的薛定谔方程的守恒有限元方法.通过引入标量辅助变量(SAV)将几类薛定谔方程重新改写为新的等价形式,并将能量转化为二次形式.我们使用标准的连续有限元方法进行空间离散化,并证明了半离散的有限元格式能够保持的质量和能量守恒定律.时间离散上分别采用了Crank-Nicolson方法以及松弛Runge-Kutta方法.应用CrankNicolson方法所提出的全离散方案是隐式的,通过牛顿迭代处理非线性项,该数值格式能够保持质量和能量守恒.应用松弛Runge-Kutta方法所得到的全离散格式是显式的,该格式中根据合适松弛系数的能够保持质量或能量守恒.我们给出了大量的数值例子来证明所提出的方法准确性,以及长时间模拟中的质量和能量守恒性.

关键词： 耦合薛定谔方程组   二阶Crank-Nicolson有限元   离散解的稳定性   无条件最优误差估计  

摘要： 本论文研究了三维空间中耦合非线性Schr(?)dinger系统二阶Crank-Nicolson有限元算法及误差分析,经过对非线性进行半隐和显的处理,得到了两种线性格式.在这两种格式的基础上,首先给出了耦合薛定谔方程组离散解的稳定性,再从理论上分析了误差阶是无条件最优的,最后给出数值实验验证了理论分析的正确性.在Crank-Nicolson格式下,通过对误差函数分别取实部和虚部,并利用逆不等式以及插值不等式分析τ≤h及τ≥h的情况,最终得到了全离散有限元算法的无条件最优L2误差估计.